水泥的物理性能对混凝土的影响

一、细度与比表面积水泥一般由几微米到几十微米大小不同的颗粒组成，它的粗细程度（颗粒大小）称为水泥细度。水泥细度直接影响水泥的凝结和硬化速度、强度、需水性、析水率、干缩性、水化热等一系列物理性能，因此生产单位和使用单位对水泥细度都很重视。水泥细度有筛余百分数、比表面积、颗粒平均直径和颗粒级配等表示方法。在相同的粉磨条件下，影响水泥粉磨细度的主要因素是熟料的易磨性、混合材的易磨性及掺加量。一般讲，C3S含量高的熟料易磨，C2S含量高的熟料难磨。混合材料中火山灰质材料、粉煤灰易磨矿渣难磨。水泥中粗细颗粒级配恰当，则可得到良好的流发性能。一般认为，水泥中3~30μm的颗粒主要起强度增长作用，而大于60μm颗粒由于水化程度低，对水泥强度贡献不大，因此，水泥中3~30μm的颗粒通常占到90%以上。小于10μm的颗粒主要起早强作用，而其中3μm以下的颗粒只起早强作用。10μm以下颗粒比表面积大、需水量大、水化速度快，因而水泥的流发性能不利，故水泥中10μm以下颗粒含量应尽量少一些为好。水泥一般从强度出发来确定细度指标，尤其是当熟料强度低，混合材掺量高时，往往都采取提高粉磨细度来保证水泥强度。水泥细度越大，细颗粒含量越多，需水量越大。需水量大的水泥与外加剂的相容性较差，混凝土坍落度损失快。水泥终粉磨系统所用的磨机不同（球磨、辊压磨、振动磨），所得的水泥颗粒的形状会不一样。在相同细度及颗粒组成的情况下，水泥颗粒球形度越大，则需水量越小，与外加剂的相容性越好。普通硅酸盐水泥细度以比表面积表示，其比表面积不小于300m2/kg。比表面积过小，水泥容易泌水，失去胶凝作用效果；比表面积过大，水泥需水量明显增大，容易使混凝土极件收缩，产生裂缝，导致水泥极件强度减小。通用硅酸盐水泥的其他五种水泥的细度以筛余表示，其80μm方孔筛筛余不大于10%或45μm方孔筛筛余不大于30%。二、需水性在水泥制备净浆、砂浆或拌制混凝土时，都需要加入一定量的水分。这些水分，一方面与水泥粉起水化作用使其凝结、硬化，另一方面是使净浆、砂浆和混凝土具有一定的流动性，以便操作和施工。因此，需水量也是水泥的重要建筑性质之一。在其他条件相同的情况下，需水量越小，水泥石的质量越高。表示水泥需水量大小的方法一般有标准稠度用水量和一定水灰比下的流动度两种，前者多用于水泥净浆，后者多用于水泥砂浆和混凝土。影响水泥需水量的因素很多，其中最主要的是粉磨细度、矿物组成以及混合材的品种和掺入量。三、凝结时间水泥的凝结时间分为初凝和终凝。初凝是从水泥加水拌合时起到水泥浆开始失去可塑性的时间，终凝是从水泥加水拌合时起到水泥浆完全失去可塑性幵开始产生强度的时间。为使混凝土和砂浆有充分的时间进行搅拌、运输、浇捣或砌筑，水泥初凝不能过早；当施工完毕，则要求尽快硬化，产生强度，故终凝时间又不能太迟。需要注意的是假凝（粘凝）和急凝（瞬凝）两种不正常的凝结现象。假凝：是水泥加水后在很短几分钟内就发生凝固的现象，但不像急凝那样放出一定的热量来。出现假凝的水泥浆不再加水而重新搅拌可恢复可塑性，仍可灌注施工，强度下降不大。出现假凝的原因一般认为是在粉磨水泥时，由于磨内温度过高导致部分二水石膏脱水成半水石膏所致。此外，熟料的生烧（即跑生料），过烧和慢冷也容易引起水泥的假凝。急凝：发生时的特征是水泥加水调和后，水泥净浆很快地凝结成一种粗糙、非塑性的混合物，同时放出大量的热量而使施工困难，若强行施工则混凝土将会丧失强度。急凝产生的原因主要是由二水泥中未掺或少掺石膏造成的。低温煅烧和慢冷熟料所制成的水泥，也可能产生急凝；熟料中C3A含量比较多的水泥，也可能产生急凝。影响水泥凝结时间的因素是多方面的，凡是影响水泥水化速度的因素，一定都影响水泥的凝结时间，如环境温度和湿度、熟料中游离氧化钙含量、氧化钾及氧化钠含量、熟料矿物组成、混合材掺加量、粉磨细度、水泥用水量、贮存时间、石膏的形态和用量以及外加剂等。四、体积安定性水泥凝结、硬化后体积变化的均匀性，是评定水泥质量的重要指标之一。水泥在凝结、硬化后，因内部化学反应产生局部膨胀，而导致水泥石结构的破坏，称为体积安定性不良。水泥安定性不良，一般是由于熟料中所含的游离氧化钙、方镁石或掺入过量的石膏而引起的。游离氧化钙是影响水泥安定性的主要因素。它对水泥构件影响的机理是：CaO吸水水化较慢，通常需要三天以后才反应，且反应生成的氢氧化钙，体积膨胀，导致混凝土开裂。我国标准中规定的水泥安定性指标是指由游离氧化钙含量过高所引起的。它采用试饼法和雷氏法来检验，当有争议时以雷氏法为准。五、强度水泥强度是水泥重要的物理力学性能之一，是硬化的水泥石能够承受外力破坏的能力。根据受力形式的不同，水泥强度的表示方法通常有抗压强度、抗拉强度和抗折强度三种。单位为MPa。施工单位根据自己的需求，选用不同规格的水泥或同种水泥品质更优的水泥。如浇注桥梁、房屋横梁等，会选用抗折强度高的水泥；如浇注地板、高速公路路面等，会选用抗压强度较高的水泥。水泥强度等级是用一定龄期的抗压强度来表示的。对于不同的水泥龄期的规定是不同的。应当指出，水泥强度是一个相对值，同样的水泥用不同的方法就会有不同的强度值。为了正确反映水泥的强度幵使其有可比性，必